Megaconstellationer kunne ødelægge astronomi, og der er ingen let løsning

Et tog af SpaceX Starlink -satellitter er synlige på nattehimlen i dette stillbillede fra en video taget af satellitsporeren Marco Langbroek i Leiden, Holland den 24. maj 2019, kun en dag efter at SpaceX lancerede 60 af Starlink -internetkommunikationssatellitterne i kredsløb. .

Et tog af SpaceX Starlink -satellitter er synlige på nattehimlen i dette stillbillede fra en video taget af satellitsporeren Marco Langbroek i Leiden, Holland den 24. maj 2019, kun en dag efter at SpaceX lancerede 60 af Starlink -internetkommunikationssatellitterne i kredsløb. . (Billedkredit: Marco Langbroek via SatTrackBlog )



Paul M. Sutter er astrofysiker hos SUNY Stony Brook og Flatiron Institute, vært for ' Spørg en rummand 'og ' Rumradio , 'og forfatter til' Sådan dør du i rummet . ' Sutter bidrog med denne artikel til guesswhozoo.com's ekspertstemmer: Op-Ed & Insights .



I løbet af de næste par år planlægger virksomheder over hele verden at lancere titusinder af satellitter i kredsløb for at give global højhastighedsinternetadgang. Men denne adgang koster: Det forurener himlen og forurener astronomiske observationer.

Så er der en måde at rette det på? Et team af forskere har modelleret virkningerne af disse satellitter og undersøgt forskellige afbødningsstrategier. Svaret er tilsyneladende ikke let.



Stigningen af ​​megaconstellationerne

Starlink, OneWeb, Kuiper, SatNet - disse er blot begyndelsen på de megaconstellationer, der vil lancere i Jordens kredsløb i løbet af de kommende år. Hver vil levere sit eget netværk af højhastigheds global internetadgang.

Stigningen i kredsløbssatellitter er forbløffende. Der er pt mere end 3.300 aktive kunstige satellitter i Jordens kredsløb, ifølge Union of Concerned Scientists, en videnskabelig fortalergruppe. I mellemtiden vil forskerne bag ny forskningsnote, generation 1 af SpaceX's Starlink i sig selv bestå af 11.926 satellitter, og generation 2 vil have 30.000 flere. OneWeb, Amazons Kuiper og Kinas SatNet tilsammen vil implementere over 20.000 satellitter.

Inden disse megakonstellationer begyndte at blive lanceret i 2018, var den største konstellation af satellitter Iridiums kommunikationssatellitter, der i alt udgjorde kun 70.



Relaterede: SpaceXs Starlink -satellitmegaconstellation lanceres på fotos

Hver eneste satellit er en kilde til forurening. Satellitlegemerne selv, såvel som deres ekspansive solpaneler, reflekterer sollys. For en astronom, der bruger de største teleskoper på jorden til at fange de svageste objekter i himlen, er megaconstellationerne ikke en velsignelse, men en gener. Når en satellitkonstellation krydser et teleskops synsfelt, er det ikke kun en enkelt streg, men flere dem, der potentielt kan forårsage ødelæggelse af astronomiske observationer.

Talsmænd for megakonstellationerne har argumenteret for, at satellitternes store højder vil reducere deres indvirkning på astronomi, og at kun visse former for observationsprogrammer vil være i fare.



Så forskere besluttede at bruge tilgængelige data til at forudsige virkningen af ​​disse megakonstellationer på astronomiske observationer.

Modellering af virkningen

Billedet viser diagonale linjer forårsaget af lyset, der reflekteres af en gruppe på 25 Starlink -satellitter, der passerer gennem et teleskops synsfelt ved Lowell -observatoriet i Arizona under observationer af NGC 5353/4 -galaksegruppen den 25. maj 2019.

Billedet viser diagonale linjer forårsaget af lyset, der reflekteres af en gruppe på 25 Starlink -satellitter, der passerer gennem et teleskops synsfelt ved Lowell -observatoriet i Arizona under observationer af NGC 5353/4 -galaksegruppen den 25. maj 2019.(Billedkredit: Victoria Girgis/Lowell Observatory)

Det er umuligt at vide, hvor slemt himlen bliver, før alle satellitterne er oppe, og astronomer forsøger at lave astronomi. Men på det tidspunkt er det måske for sent. I mellemtiden forsøgte et team af astronomer at modellere megaconstellations indvirkning på moderne astronomi.

Astronomerne tog deres bedste gæt, baseret på den offentligt tilgængelige information, for de orbitale konfigurationer af de fremtidige megakonstellationer. Derefter modellerede de hver satellits størrelse og lysstyrke, hvilket afhænger meget af vinklen mellem satellitten og solen set fra jorden . De foldede derefter disse modeller til simulerede observationer med forskellige slags astronomiske instrumenter, såsom kæmpestore teleskoper med store felter og højopløselige spektrografer.

Holdet fandt ud af, at næsten alle aspekter af nutidens astronomi vil blive påvirket på en eller anden måde, fordi satellitterne generelt vil være lyse nok til at blive set af selv moderat størrelse professionelle teleskoper.

Nogle observationsprogrammer vil dog klare sig meget dårligere end andre. Afhængigt af det særlige teleskop, tidspunktet på året og observationsprogrammet observerer et typisk videnskabeligt løb alt fra 0,01 til 20 satellitspor i hver eksponering. Smalle feltinstrumenter, som kun viser en lille del af himlen ad gangen, vil blive mindst påvirket, da det er usandsynligt, at de vil have et satellitkors ind i deres synsfelt under en bestemt observation, fandt astronomerne.

På den anden side vil bredfeltsteleskoper, såsom Vera C. Rubin-observatoriet, stå over for mange vanskeligheder-for eksempel ved solopgang og solnedgang-og observatoriet kan miste op til halvdelen af ​​hvert billede på grund af forstyrrende satellitstier , skrev astronomerne et papir for nylig udgivet til fortryksserveren arXiv .

Observationer foretaget i løbet af de første og sidste timer om natten vil lide mest, da satelliternes vinkel fra jorden får dem til at fremstå som de klareste og mest synlige, fandt holdet.

Spektroskopi vil også blive påvirket. Selvom spektroskopiske instrumenter med lav og mellem opløsning, der er knyttet til teleskoper rundt om i verden og deler lys i de specifikke lysbølgelængder, det indeholder, vil blive mindre påvirket end instrumenter, der producerer billeder. Men forureningsniveauet vil være meget højere for spektroskopiske instrumenter, idet forureningen fra satellitterne giver nogenlunde samme størrelse signal som målvidenskabelige data.

At spare astronomi

Dette kommenterede billede viser himlen over European Southern Observatory

Dette annoterede billede viser himlen over European Southern Observatory's Paranal Observatory i tusmørke, hvor de blå ringe viser højder over horisonten og placeringen af ​​satellitter (markeret med rødt og grønt). Området over 30 grader er, hvor de fleste astronomiske observationer foretages.(Billedkredit: ESO / Y. Beletsky / L. Calçada)

Astronomi er en præcisionsvidenskab, hvor hvert billede betyder noget. Forurenede dele af billeder er ubrugelige; de skal smides ud. I mange tilfælde kan der stadig hentes nyttig information fra de uforurenede områder af billederne. Men i andre, som detektering af eksoplanet, skal hele billedet kastes. Dette kan koste det astronomiske samfund millioner af dollars i tabt tid og processorkraft. Og dette er kun starten på megaconstellationstiden; flere satellitter kunne være på vej.

Så er der noget, vi kan gøre ved det?

Den bedste afbødningsstrategi er at reducere det synlige overfladeareal på satellitterne og deres solpaneler, som med SpaceX's Starlink VisorSat -program for at mørkere deres satellitter, fandt forskerne. Astronomer kan også forsøge at planlægge deres observationer omkring konstellationsbanerne, enten ved ikke at tage billeder, når satellitter er til syne eller ved at pege i lidt forskellige retninger. Men denne tilgang kræver enorm koordinering, da virksomheder ofte ændrer deres satelliters baner.

En anden afbødningsstrategi er at fjerne satellitstierne fra billederne senere, men dette er ikke en ren proces. Og det virker ikke for spektrometre; fordi de ikke tager billeder, er det svært at vide, hvornår et spektrum overhovedet er blevet forurenet af et satellitspor.

I sidste ende skal megakonstellationsproducenterne have en fortsat dialog med det astronomiske samfund. Højhastighedsinternetadgang behøver ikke at koste en kostbar videnskab.

Følg os på Twitter @ Spacedotcom og på Facebook .